Bakterije u obliku spirale Helicobacter pilori su česte i problematične.
Više od 13 procenata Amerikanaca ima infekciju H. pilori, iako stope variraju u zavisnosti od starosti, rase i socioekonomskog statusa. Mikroorganizam koristi svoj rep nalik vadičepu kako bi napredovao kroz viskozne tečnosti kao što je stomačna sluz. Kada stigne do epitela zida želuca, može izazvati sve, od čira do raka.
U novoj studiji koju je objavio Phisical Reviev Letters, istraživači FAMU-FSU College of Engineering napravili su 3D model ove bakterije kako bi bolje razumeli njeno kretanje, nadajući se da će razbiti kod koji upravlja pokretljivošću organizma i razviti alternativne tretmane za infekcije, kao što je jačanje barijera želudačne sluzi koja stoji protiv bakterija.
„Ljudi širom sveta su lečili čireve antibioticima jer antibiotici ubijaju bakterije, ali to je mač sa dve oštrice“, rekao je koautor studije Hadi Mohamadiguški, vanredni profesor na Odseku za hemijsko i biomedicinsko inženjerstvo. „Ako razumemo kako se ove bakterije kreću, možemo raditi na obezbeđivanju drugih rešenja za lečenje.“ Video 3D modela koji pliva kroz gel.
U eksperimentima, tim je postavio model bakterije u polimerni gel visokog viskoziteta, primer onoga što se naziva tečnost naprezanja prinosa. Te tečnosti se ponašaju kao čvrste materije pod malim naponima, ali teku kao tečnosti iznad kritične tačke naprezanja.
Zatim su koristili magnetno polje da rotiraju 3D model, oponašajući ponašanje mikroorganizma. Koristeći tehnike praćenja čestica i snimanja, istraživači su izmerili brzinu bakterija i vizuelizovali distribuciju i gustinu tečnosti koja teče oko nje.
Istraživači su identifikovali dva kritična praga koje bakterije moraju da prevaziđu: obrtni moment potreban za rotaciju modela za plivanje i silu potrebnu za pokretanje modela napred.
„Otkrili smo da ako je repni pogon preslab, bakterije ostaju zaglavljene u gelu“, rekao je Mohammadiguški. „Ako je sila bila dovoljno jaka, mogla bi da prodre u gel. To je kao kada bušite šraf u čvrst zid. Ako vaša bušilica nije dovoljno jaka i ne gurate vijak dovoljnom silom, neće t probiti zid, ali uz odgovarajuću količinu sile, može se probiti.“
Pokreti i sila plivanja koji omogućavaju H. pilori da se kreće primenjuju se i na veće objekte, kao što su kišne gliste koje se ukopavaju u zemlju, razni paraziti i drugo.
„Ako razumemo kako se bakterije uspešno kreću da napadnu naše telo, možemo da koristimo te informacije za šta god možemo da zamislimo“, rekao je Kuroš Šole, docent na Odseku za mašinstvo.
Shoele je deo multidisciplinarnog istraživačkog tima i stručnjak je za računarske nauke. Objasnio je kako učenje iz prirode može dobiti bolji odgovor od mehaničkih i bioloških sistema.
„U budućnosti možemo da dizajniramo mikrorobota koji može da isporuči lek na određenu lokaciju u telu, u smislu borbe protiv leukemije i drugih bolesti“, rekao je Šoel. „Ili možda možemo da dizajniramo male robote koji koriste plivajuće kretanje i silu, poput H. pilori, koji mogu kopati duboko u pesak da bi istražili vodu ili naftu. Mogućnosti su beskrajne.“
Farshad Nazari, student doktorskih studija iz oblasti hemijskog i biomedicinskog inženjerstva FSU, radi sa dva istraživača i vodeći je autor ovog rada.
